دانشگاه رازی

غشاهای نانوحفره‌ای دوبعدی به دلیل ضخامت اتمی، قابلیت مهندسی حفره و امکان تنظیم محیط شیمیایی لبه حفره، از گزینه‌های امیدبخش برای جداسازی انتخابی گازها محسوب می‌شوند. در این پژوهش، عملکرد سه غشای دوبعدی نانوحفره‌ای شامل گرافن، BC? و نیترید بور شش‌گوشه (h-BN) با عاملی‌سازی نامتقارن بررسی شد؛ به‌گونه‌ای که یک سمت غشا با اتم‌های فلوئور و سمت مقابل با گروه‌های آمینی (NH?) اصلاح گردید. محاسبات بر پایه نظریه تابعی چگالی (DFT) در سطح B3LYP/6-31G* همراه با تصحیح پراکندگی Grimme انجام شد. به‌منظور بررسی اثر نوع بستر و عاملی‌سازی بر ساختار الکترونی و محیط حفره، تحلیل‌های HOMO/LUMO، DOS/PDOS، پتانسیل الکترواستاتیک مولکولی، NBO، ممان دوقطبی، چگالی تغییرشکل، ELF/LOL، QTAIM و NCI/RDG مورد استفاده قرار گرفت. همچنین عبور He، H? و N? از حفره‌ها با استفاده از پروفایل‌های انرژی تک‌نقطه‌ای بررسی و سد انرژی عبور، permeance   و گزینش‌پذیری محاسبه شد. نتایج نشان داد که عاملی‌سازی نامتقارن F/NH? در هر سه غشا موجب ایجاد محیط الکترونی نامتقارن در اطراف حفره می‌شود، اما شدت و ماهیت این اثر به نوع بستر وابسته است. h-BN بیشترین قطبیت را نشان داد، در حالی که BC? ترکیب متعادل‌تری از ناهمگنی الکترونی و ویژگی‌های ساختاری ارائه کرد. بررسی پروفایل‌های انرژی نشان داد که عبور He و H? در مقایسه با N? به‌طور قابل‌توجهی مطلوب‌تر است و جهت‌گیری مولکول، به‌ویژه برای N?، نقش مهمی در غربالگری دارد. در میان سه غشا، BC? کمترین سدهای عبور و بالاترین permeance را برای گازهای سبک نشان داد، در حالی که عبور N?، به‌خصوص در جهت‌گیری موازی با صفحه، به‌شدت محدود شد. h-BN در برخی جداسازی‌ها گزینش‌پذیری بیشتری ارائه کرد، اما سدهای بالاتر موجب کاهش قابل‌توجه انتقال گاز شد. در مجموع، غشای BC? عاملی‌شده با F/NH? مناسب‌ترین توازن میان انتقال گاز و گزینش‌پذیری را نشان داد و به‌عنوان مطلوب‌ترین گزینه برای غربالگری مولکولی گازهای سبک مورد مطالعه شناسایی شد. کلیدواژه‌ها: غربال مولکولی ، نظریه تابعی چگالی، نانوصفحات متخلخل، گرافن، BC?   و نیترید بور، نفوذ گاز، سد انرژی عبور